Tại sao NASA chi 10 tỷ USD cho kính James Webb?

Thách thức kỹ thuật và chậm tiến độ là những nguyên nhân chính khiến siêu kính viễn vọng James Webb của NASA đội chi phí gấp nhiều lần dự tính.

Kính viễn vọng James Webb bên trong cơ sở chế tạo. (Ảnh: NASA)

Kính viễn vọng không gian James Webb là một trong những dự án khoa học tốn kém nhất trong lịch sử. Chi phí ước tính ban đầu vào năm 2000 chỉ là 1 tỷ đôla, nhưng sự phức tạp của kính thiên văn đã khiến NASA phải ngạc nhiên. Nó trở nên quá đắt đỏ, đến mức Quốc hội Mỹ gần như loại bỏ dự án. Khi kính thiên văn được phóng vào cuối năm 2021, chi phí đã lên tới hơn 10 tỷ USD. Vậy tại sao NASA lại chi quá nhiều tiền cho dự án? Và tại sao nó mất nhiều thời gian như vậy? Câu trả lời một phần nằm ở nguồn gốc của các vì sao.

Vào ngày 25/12/2021, James Webb bay vào quỹ đạo. Đích đến là một điểm trong không gian sâu được gọi là Điểm Lagrange 2, cách Trái đất 1 triệu dặm, xa hơn bất kỳ nơi nào phi hành gia từng du hành đến, và đây cũng là địa điểm hoàn hảo để tìm hiểu sự ra đời của vũ trụ. Ánh sáng từ những ngôi sao đầu tiên bắt đầu lan truyền ngay sau vụ nổ Big Bang và chúng đã nguội đi, chuyển từ ánh sáng nhìn thấy thành ánh sáng hồng ngoại trong hàng tỷ năm. Đó là lý do tại sao James Webb được thiết kế để thu thập ánh sáng trong quang phổ hồng ngoại.

"Kính viễn vọng không gian James Webb được thiết kế để xem xét toàn bộ lịch sử của chúng ta, từ những vật thể đầu tiên phát triển sau vụ nổ Big Bang cho đến những thứ hiện diện ngay tại đây, trong hệ Mặt Trời hình thành cùng với Trái đất", John C. Mather, nhà khoa học cấp cao của dự án James Webb, nói với Insider.

Webb rất lớn. Vì vậy, nó cần được gấp lại để đặt vừa trên đỉnh tên lửa Ariane 5 trước khi phóng và sau đó tự động mở ra trong không gian. Các nhà khoa học của NASA mô tả hành trình này là "30 ngày kinh hoàng" bởi mọi thứ đều phải đi đúng hướng với không dưới 344 điểm có thể xảy ra lỗi. Chỉ một lỗ hổng nhỏ cũng có thể biến siêu kính viễn vọng thành một mảnh rác không gian.

Nhiệm vụ đã thành công, nhưng 20 năm trước, không ai có thể tưởng tượng sẽ mất nhiều thời gian và tiền bạc đến vậy để đưa nó lên bệ phóng. Một phần nguyên nhân là do nhu cầu về sự hoàn hảo. "Chúng tôi cứ chế tạo và kiểm tra, chế tạo và kiểm tra... cho đến khi hài lòng", Mather cho hay.

NASA không thể lặp lại những sai lầm đã mắc phải trên kính viễn vọng Hubble, thiết bị tiền thân của Webb. Sau khi ra mắt vào năm 1990, những hình ảnh đầu tiên bị mờ. Nguyên nhân là có một quang sai hình cầu đáng kể xuất hiện.

Vì vậy, các phi hành gia đã phải sửa chữa gương của Hubble khi nó ở trong không gian. NASA đã chi 2 tỷ đôla cho Hubble vào thời điểm đó. Chi phí sửa chữa lên tới 86 triệu đôla. Điều này đã dạy cho NASA một bài học đắt giá. Vì vậy, với Webb, họ phải làm mọi thứ đúng ngay từ đầu. Điều này thực sự phức tạp. "Đó là phần mà tôi nghĩ khiến tất cả chúng tôi sợ hãi nhất", Mather kể lại.

Mô phỏng kính James Webb hoạt động trong không gian. (Ảnh: NASA)

Năm 2000, ngân sách là 1 tỷ USD, nhưng đến năm 2005, ngân sách tăng gấp bốn lần lên 4,5 tỷ USD. Đến năm 2010, năm được cho là sẽ phóng kính viễn vọng, không có thiết bị hoặc gương chính nào được giao cho NASA. Ngân sách ước tính trong năm 2010 đã lên đến 6,5 tỷ USD.

"Cho đến năm 2011, có rất nhiều vấn đề liên quan đến giám sát, giao tiếp, lãnh đạo, quản lý, ước tính chi phí, chủ nghĩa tối ưu hóa quá mức, hầu như mọi thứ bạn nghĩ đều có thể xảy ra", Cristina Chaplain, cựu giám đốc Văn phòng Trách nhiệm Chính phủ Mỹ, cho biết.

Các thành viên của Quốc hội thậm chí đã xem xét việc loại bỏ dự án. Một số khác lập luận rằng chúng ta nên cắt lỗ và tiếp tục. Vào năm 2011, Quốc hội đã quyết định giới hạn ngân sách ở mức 8 tỷ USD và yêu cầu Cristina Chaplain kiểm tra dự án hàng năm. Nhưng không có gì thực sự có thể ngăn giá cả tăng lên, bởi vì gần như mọi bộ phận của kính thiên văn đều được phát minh mới trong quá trình phát triển.

Đặc biệt là về cuối dự án, nhiều thành viên trong nhóm nghĩ rằng lực lượng lao động của nhà thầu có thể giảm và họ có tiền để trả cho những thứ khác, nhưng chi phí nhân công vẫn ở mức cao vì có quá nhiều vấn đề kỹ thuật phải giải quyết.

Mặc dù thường được so sánh với Hubble, James Webb có một tấm gương lớn gấp 6 lần so với thiết bị tiền nhiệm của nó, đòi hỏi công nghệ tiên tiến hơn nhiều và các điều kiện chuyên biệt để hoạt động.

"Hai điều đó kết hợp với nhau tạo ra một vấn đề thực sự khó, và thành thật mà nói, một số người trong chúng tôi nghĩ rằng nó quá điên rồ ngay từ đầu", Paul Geithner, phó quản lý dự án, cho biết trong một cuộc phỏng vấn.

Kính viễn vọng James Webb cần điều kiện cực lạnh để các camera hồng ngoại của nó hoạt động. Chính xác là -388 độ F (-233 độ C). Để bảo vệ những dụng cụ nhạy cảm này khỏi sức nóng của Mặt Trời, NASA đã chế tạo một tấm chắn nắng 5 lớp có kích thước bằng sân tennis. Hãy nghĩ về chiếc ô đi biển cao cấp và phức tạp nhất mà bạn có thể tưởng tượng ra. Nó có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt và thậm chí cả những thiên thạch nhỏ.

"Nhiệt độ mà chúng tôi vận hành mặt lạnh của Webb vượt xa trải nghiệm bình thường hàng ngày của bất kỳ ai và các vật liệu trở nên thực sự kỳ lạ ở những nhiệt độ đó. Đó là một thách thức kỹ thuật", Geithner nói thêm.

Nhưng ngay cả điều đó cũng chưa đủ lạnh đối với một trong các máy ảnh của Webb. Camera này cần một thứ gọi là bộ làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống -447 độ F (-266 độ C). NASA đã dành hơn một thập kỷ và 150 triệu USD để phát triển bộ làm mát. Ban đầu, nó chỉ được cho là tiêu tốn 22 triệu USD.

Vào năm 2018, Quốc hội Mỹ đã phải nâng giới hạn chi tiêu đặt ra vào năm 2011. Vào thời điểm chuẩn bị ra mắt vào năm 2021, kính thiên văn đã tiêu tốn 8,8 tỷ USD, khiến nó trở thành một trong những dự án khoa học tốn kém nhất trong lịch sử.

Nhưng vẫn còn một thách thức nữa: vận chuyển nó từ California đến một sân bay vũ trụ châu Âu ở Guiana thuộc Pháp ở Nam Mỹ. Thông tin chi tiết phải được giữ bí mật vì hàng hóa có giá trị sẽ trở thành mục tiêu béo bở cho cướp biển. Nó đã đi 16 ngày từ California qua kênh đào Panama đến địa điểm phóng. Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đã chi trả và giám sát vụ phóng, cũng như chế tạo hai thiết bị của Webb. Cùng với nhau, các cơ quan vũ trụ châu Âu và Canada đã đóng góp thêm 1 tỷ đôla ngoài 8,8 tỷ USD của NASA, và điều đó đưa chúng ta đến con số gần 10 tỷ đôla.

NASA đã chế tạo kính viễn vọng này để hoạt động trong 10 năm, nhưng lượng nhiên liệu thừa còn lại từ vụ phóng có khả năng làm tăng tuổi thọ của nó lên gấp đôi. NASA sẽ chi hơn 850 triệu USD để vận hành Webb trong 5 năm tới. Tuổi thọ kéo dài thêm mà nó có thể đạt được tất nhiên sẽ đòi hỏi nhiều tiền hơn.

Cho đến nay, Webb có rất ít điều để thể hiện ngoài bức ảnh tự sướng này qua tấm gương lớn của nó. Tuy nhiên, những hình ảnh mà nó sẽ ghi lại từ các camera hướng về phía khác vào giữa năm 2022 mới là điều mà mọi người đang chờ đợi. Các nhà khoa học hy vọng, việc cung cấp cái nhìn thoáng qua về sự ra đời của vũ trụ sẽ khiến mọi thời gian và chi phí trở nên đáng giá.

Các quan sát của Hubble đã dẫn đến 19.000 bài báo khoa học. Nhiều bài báo đã thay đổi hiểu biết của chúng ta về vũ trụ và chỉ một trong số đó tiết lộ việc phát hiện ra nước trên mặt trăng nhỏ nhất của sao Mộc, được gọi là Europa. James Webb sẽ có một số đối tượng lớn để theo dõi. "Và đó là những giá trị thực sự mạnh mẽ của những kính thiên văn này - Webb và Hubble - cho phép chúng ta tiếp tục thực hiện khám phá khoa học đáng kinh ngạc năm này qua năm khác", nhà thiên văn học hành tinh Heidi Hammel, một thành viên trong dự án James Webb, nhấn mạnh.

• "Khoai lang tím" mọc đầy trên cây: Thứ có thể chữa bệnh khó nói mà nhiều quý ông săn tìm
• Hổ cái nổi giận trả thù, báo hoa mai phải trốn trên cây suốt 7 tiếng
• Những hộp sọ kỳ lạ nhất từng được phát hiện trong lịch sử